Vai sildīšanas stieples spoles orientācija (kreisā-roka pret labo-roku) ietekmē magnētisko lauku-inducēto vibrāciju maiņstrāvas sildītājos?

In PFA heaters that are driven by AC electricity (50–60 Hz), the alternating current in the coiled heating wire creates a fluctuating magnetic field. This field interacts with any surrounding ferromagnetic material or with the field from adjacent coils and generates Lorentz forces that cause the wire to vibrate. The metal core can rub due to the vibration, leading to early failure. The winding of the coil (left or right hand) does not affect the amount of the vibration and both will produce the same frequency and amplitude. But in a dual-wire heater, two coils of opposite handedness (one left, one right) can cancel magnetic fields and reduce vibration by 50-80%. For single coil heaters winding orientation has no detectable effect. For high power AC heaters (>5 kW, >480 VAC) vai jutīgo instrumentu sildītāji (KMR, MRI) nosaka prettinumu dubultās spoles, lai samazinātu magnētiskos traucējumus un vibrācijas.

Magnētiskā lauka izveide spolē
Ja strāva I tiek izlaista caur stieples spoli, spole radīs magnētisko lauku B=$mu_0 reizes n reizes I$ gar spoles asi, kur n ir apgriezienu skaits uz spoles metru. Ja mainīsit tinuma virzienu (labās-rokas kārtula), tad mainīsiet B virzienu (ziemeļu-dienvidi). Pie 60 Hz strāva mainās sinusoidāli. Tādējādi B mainās pie 60 Hz. Lauks iedarbojas uz pašu vadu (Lorenca spēks), jo strāva katrā pagriezienā mijiedarbojas ar blakus esošo pagriezienu lauku. Spēka blīvums ir F=J × B, kur J ir strāvas blīvums. Šis spēks liek spolei paplašināties un radiāli saspiesties pie līnijas frekvences 2 (120 Hz). Vibrācijas amplitūda ir proporcionāla I2 un apgriezti saistīta ar stieples stingrību. Jo |B| ir vienāds, lielums ir vienāds kreisās un labās puses tinumam.

Bet, ja sildītājā tinat divus paralēlus apkures lokus (divas spoles uz viena serdeņa) pretējos virzienos (vienu pa kreisi, otru pa labi), magnētiskie lauki no attāluma izzūd. Neto ārējais B lauks ir tuvu nullei, un mijiedarbības spēki starp spolēm ir pazemināti. Spoles nepiesaista/neatgrūž viens otru, līdz ar to vibrācijas amplitūda ir daudz samazināta.

Vienas spoles un divu spoļu vibrāciju mērījumi
Sildītāja spoles konfigurācijas magnētiskais lauks pie 50 mm (µT) tinuma orientācija Vibrācijas amplitūda (µm, pie 120 Hz) Vibrācijas atteices režīms
Viena spole (3 kW) Viena spole kreisais-rokas 50-100 2-5 Nenozīmīgs
Viena spole (3 kW) Viena spole Kreisā puse 50–100 2–5 Nenozīmīgs
viena spole (6kw)1 spole Kreisā roka 150-250 10-20Nobrāzums, neliels, pēc gadiem (
Divas spoles (sērija, 6 kW) Divas spoles vienā virzienā Abi 250-400 25-40 (spoles piesaista) Slīpēšana, izolācijas nodilums
Divas spoles (6 kw, sērijveida) Divas spoles, pretī pa kreisi + pa labi 10-30 (atcelts) 5-10 (bez neto spēka) Vismazākais
Divas spoles (6 kW, paralēli) Divas spoles, pretstatā pa kreisi + pa labi 5–15 (gandrīz nullei) 2–5 Lieliska, zema vibrācija
Viena spole (10 kW) Viena spole Jebkurš 300-500 30-60 Būtisks satraukums, agrīna atteice
Kāpēc orientācija ir svarīga, tikai divām spolēm
Vienas spoles magnētiskais lauks ir asimetrisks. Vads ir pakļauts radiāliem spiedes spēkiem, neatkarīgi no tinuma sajūtas.

Spoles agresīvi pievelk viena otru (pretējas strāvas? Faktiski, ja tie ir savienoti virknē ar strāvu, kas plūst vienādi abos laukos, pievieno un spoles pievelk kā solenoīdi, kas velkas kopā). Šī pievilcība rada milzīgu mehānisku spriegumu spoles balstos. Vibrācijas amplitūda samazinās par 70-90%.

Praktiski apsvērumi sildītāja izvēlei
Vads ir iestrādāts MgO pulverī, kas slāpē vibrācijas. Šis risinājums arī samazina sildītāja radītos elektromagnētiskos traucējumus (EMI).